摘? 要: 航空遙感中經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)傳感器" title="多傳感器">多傳感器同步工作。利用GPS接收機(jī)Jupiter-T設(shè)計了一種同步工作方式,成功地實(shí)現(xiàn)了GPS接收機(jī)與成像光譜儀、激光測距系統(tǒng)" title="測距系統(tǒng)">測距系統(tǒng)同步工作。
關(guān)鍵詞: GPS? 成像光譜儀? CPLD? 單片機(jī)
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全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)是利用美國的24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息而建立的導(dǎo)航、定位、授時系統(tǒng)。Jupiter-T GPS接收機(jī)是CONEXANT SYSTEMS 公司的OEM產(chǎn)品,并行12通道,時間精度達(dá)25ns,同時帶有與1PPS上升沿" title="上升沿">上升沿對齊的10khz頻率輸出,水平定位精度優(yōu)于2.8m。
航空遙感中,經(jīng)常需要聯(lián)合多個傳感器同步工作,以便一次得到地物更多更完善的信息。例如,成像光譜儀能夠采集地物的光譜信息,但是沒有位置信息;激光測距系統(tǒng)能夠精確采集地物高度信息,但是沒有地物水平位置信息;GPS接收機(jī)可以接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)從而得到載體三維位置,但是高度信息比較差;如果把三者結(jié)合起來,就可以得到同時帶有光譜信息和位置信息的地物圖像數(shù)據(jù)。但是三者結(jié)合起來,就必然存在一個工作同步的問題,本文講述的就是用GPS接收機(jī)Jupiter-T實(shí)現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)的同步工作。
1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)框圖如圖1所示。
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成像光譜儀和激光測距系統(tǒng)均采用外觸發(fā)方式工作,觸發(fā)波形分別是50Hz和25Hz的方波,利用Jupiter-T接收機(jī)的10khz分頻" title="分頻">分頻得到。由于采用同一基頻分頻,且Jupiter-T的定位位置輸出又與1PPS同步,10khz與1PPS上升沿對齊,事后可以通過內(nèi)插得到含有位置信息的光譜圖像。所以,通過Jupiter-T,成像光譜儀、激光測距系統(tǒng)和GPS位置接收三者可以同步工作。
2 同步控制卡" title="控制卡">控制卡的硬件電路設(shè)計
系統(tǒng)同步的核心是同步控制卡,它主要由PIC單片機(jī)16F877、8K×8bit的雙口RAM CY7C144、CPLD Altera EPM7128、PCI9052芯片、DC-DC隔離電源模塊PS250DC5D5S、光耦6N137和Jupiter-T GPS OEM板組成。
2.1 GPS接收機(jī)部分
Jupiter-T GPS接收機(jī)用于接收GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)并提供10khz的分頻基準(zhǔn)。Jupiter-T可以提供納秒級的時間對準(zhǔn)精度,在跟蹤到一顆GPS衛(wèi)星后就可以定時。外部接口為標(biāo)準(zhǔn)的10針接口,安裝天線后,只需在接收到發(fā)送定位數(shù)據(jù)命令后就可以按指定速率發(fā)送定位數(shù)據(jù)。
2.2 分頻部分
Altera 7128是一種高性能的CMOS EEPROM可編程邏輯器件,屬于MAX7000系列,可在線編程,128個宏單元,工作頻率可達(dá)178.6mhz。
本系統(tǒng)中EPM7128主要用于分頻,從10khz分頻得到成像光譜儀和激光測距系統(tǒng)需要的50Hz和25Hz。頻率使能信號由PCI9052芯片提供。
2.3 通信部分
同步控制卡需要與計算機(jī)通信,通信接口采用PCI總線,由PCI902實(shí)現(xiàn)。PCI9052是PLX公司繼PCI9050后推出的用于低成本適配器的總線目標(biāo)接口芯片。
整個系統(tǒng)何時開始工作,可以通過計算機(jī)寫PCI9052的寄存器,通知EPM7128開始輸出頻率實(shí)現(xiàn)。
2.4 定位數(shù)據(jù)接收部分
定位數(shù)據(jù)的接收利用單片機(jī)和雙口RAM完成。系統(tǒng)上電后,PIC16F877單片機(jī)向Jupiter-T接收機(jī)發(fā)出每秒一次的定位數(shù)據(jù)命令;Jupiter-T接到命令后,隨即按指定的頻率把接收到的定位數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī);單片機(jī)把接收到的定位數(shù)據(jù)先存放到雙口RAM 7CYC144,然后通過PCI總線存儲到計算機(jī)的硬盤上。
同步控制卡的硬件原理框圖如圖2所示。
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航空遙感工作時,成像光譜儀采用推帚式,每秒采集50行地物數(shù)據(jù),激光測距系統(tǒng)每秒采集25行地物高程數(shù)據(jù),Jupiter-T每秒采集一次飛機(jī)的三維位置數(shù)據(jù),由于所有的采集時刻都是脈沖的上升沿,而所有的脈沖上升沿又都與Jupiter-T的1PPS脈沖上升沿對準(zhǔn),所以整個系統(tǒng)可以同步工作。
3 軟件設(shè)計
Altera EPM7128編程采用VHDL語言,利用maxplus2開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行編譯綜合。
PIC單片機(jī)的開發(fā)用microchip公司的MPLAB ICD調(diào)試工具和MPLAB IDE集成開發(fā)環(huán)境完成。
PCI驅(qū)動程序編寫的工具比較多,常用的有微軟的DDK、Numega公司的vtoolsd和KRF-Tech公司的windriver。筆者采用windriver編寫驅(qū)動。Windriver開發(fā)驅(qū)動程序比較簡單,利用它的向?qū)Чぞ?開發(fā)者一般不需要具備Windows驅(qū)動程序知識就能夠很快開發(fā)出高質(zhì)量的驅(qū)動程序。
應(yīng)用程序可以采用VC++6.0編寫。
??? 多傳感器聯(lián)合是遙感發(fā)展的一個趨勢,多傳感器同步是必須解決的問題。本文提出的方法,簡便易行,精度也較高。但是只適合所有的傳感器都采用外觸發(fā)工作的遙感系統(tǒng)。
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參考文獻(xiàn)
1 Jupiter-T 數(shù)據(jù)手冊. Navman Inc
2 PCI9052 Data Book,Version 2.0. PLX Technology Inc, September. 2001
3 竇振中.PIC系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001
4 李學(xué)海. PIC單片機(jī)實(shí)用教程——基礎(chǔ)篇.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002